微地形和輸電線路繞擊故障關(guān)系的研究

高月明

（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

微地形和輸電線路繞擊故障關(guān)系的研究

高月明

（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

在輸電線路運(yùn)行的過程中，導(dǎo)致其出現(xiàn)跳閘故障的因素相當(dāng)多，其中最主要的一個(gè)因素就是微地形對(duì)其的影響，因?yàn)檩旊娋€路的鋪設(shè)中，會(huì)面臨多種復(fù)雜的地形，不同的地形在繞擊性能方面的影響也是不盡相同的，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)微地形在輸電線路繞擊性能中的影響，就需要在實(shí)際的研究中，將具體的輸電線路和相應(yīng)的微地形進(jìn)行綜合分析，然后對(duì)具體的影響情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這樣就可以發(fā)現(xiàn)其中存在的規(guī)律以及特點(diǎn)，從而明確微地形和輸電線路繞擊故障之間的關(guān)系。以便后期更好的進(jìn)行輸電線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)，盡可能地降低因?yàn)檫@一原因造成的輸電線繞擊故障。

微地形；輸電線路；繞擊；故障；關(guān)系

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，雷電災(zāi)害是當(dāng)前比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害，是10種自然災(zāi)害之一，關(guān)于因?yàn)槔讚粼驅(qū)е碌妮旊娋€路的跳閘問題，最重要的一個(gè)因素就是落地雷對(duì)輸電線路的影響。微地形具體是指大地中一個(gè)狹小的范圍，而在輸電線路中，微地形則是指總輸電線路中的某一部分或者某一個(gè)節(jié)點(diǎn)，微地形和微氣候是相互影響的，不同的微地形能夠形成不同的微氣候，下面具體對(duì)微地形和輸電線路繞擊故障之間的關(guān)系進(jìn)行具體分析研究。

一、目前對(duì)輸電線路繞擊故障研究的現(xiàn)狀

當(dāng)前在對(duì)輸電線路的繞擊性能的研究中，主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行的：首先，對(duì)于繞擊跳閘率的計(jì)算，需要綜合對(duì)風(fēng)偏、地面傾角以及保護(hù)角等各方面的因素，然后利用電氣幾何模型進(jìn)行計(jì)算；其次，通過對(duì)雷電繞擊出現(xiàn)的物理過程的模仿，研究輸電線路的雷電繞擊性能；再次，通過對(duì)微地形的研究，將雷區(qū)分布以及地閃密度和雷擊故障進(jìn)行綜合分析考慮，研究這幾方面中存在的關(guān)系；最后，為了找到輸電線路發(fā)生雷擊故障的規(guī)律和特點(diǎn)，需要將以往發(fā)生雷擊事件的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從目前的研究現(xiàn)狀來說，僅僅都是按照相應(yīng)額經(jīng)驗(yàn)就行的研究，并沒有針對(duì)具體的地形進(jìn)行研究，明確其與輸電線路繞擊故障之間的關(guān)系，這樣得出的結(jié)論精確度不高，同時(shí)也不利于未來輸電線路的發(fā)展。

二、微地形對(duì)輸電線路雷擊的影響

對(duì)輸電線路的雷電繞擊耐電性能影響最大的一個(gè)原因就是微地形，通常情況下，相關(guān)工作人員對(duì)輸電線路規(guī)劃設(shè)計(jì)中的微地形的了解，只能通過平斷面圖以及輸電線路路徑了解，這種方式不能明確的反映出兩者之間額相對(duì)位置，而輸電線路路徑圖，如果不是專業(yè)的人士，那么要想讀懂路徑圖還是有一定的難度的，因?yàn)檩旊娋€路路徑圖屬于二維投影平面圖。Google Earth軟件是谷歌公司研究的地理信息系統(tǒng)的軟件，能夠?qū)⑷虻牡貓D進(jìn)行定時(shí)地更新，在查閱的過程中，用戶還可以將其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從不同角度觀察目的地周邊的環(huán)境，在觀察的同時(shí)還能夠明確經(jīng)緯度等相應(yīng)的地理信息參數(shù)。另外，這種軟件提供的相應(yīng)的圖像資料，其分辨率是相當(dāng)高的，這樣就更有利于對(duì)輸電線路附近地形特點(diǎn)的觀察。

通過對(duì)某地區(qū)輸電線路遭遇雷擊跳閘事故的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在20次雷擊中，其中由于繞擊造成的故障就有18次，這種故障在總雷擊次數(shù)中占80%。從這一數(shù)據(jù)就能夠看出繞擊事故是當(dāng)前影響輸電線路雷擊跳閘的主要因素，而通過進(jìn)一步地研究，雷電繞擊事故中，其中有13次都是發(fā)生在山區(qū)地區(qū)，占總繞擊次數(shù)的72.2%，由此就可以看出，雷電繞擊事故在山區(qū)發(fā)生的概率更大，這主要是由于山區(qū)地區(qū)的地形比較復(fù)雜，并且在輸電線路的鋪設(shè)中，經(jīng)常需要跨越一些山谷，這種情況下，一些暴露在外的輸電線路段就會(huì)容易受到雷擊，另外5次雷電繞擊事故是發(fā)生在平原地區(qū)，占了總雷電繞擊事故的27.8%，而在平原地區(qū)發(fā)生雷電繞擊事故，主要是受到農(nóng)村水塘的影響，因?yàn)檗r(nóng)村水塘在午后容易產(chǎn)生熱爆地形雷。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查，山區(qū)地區(qū)更容易形成微氣象環(huán)境，這就是雷電繞擊事故在這一地區(qū)頻率較高的原因。最后，桿塔的位置和雷電繞擊也有一定的關(guān)系。在某公司輸電線路一定時(shí)期內(nèi)，發(fā)生雷擊事件的次數(shù)一共14次，這些線路中，桿塔在山頂?shù)?78基，其中有十基桿塔都出現(xiàn)過雷擊事件，占了山頂總桿塔數(shù)量的26.45%，而在山腰的桿塔有588基，但是遭遇過雷擊的僅僅只有3基，只占了山腰總桿塔數(shù)量的5.1%。最后，在平原地區(qū)的桿塔一共有1510基，其中有5基發(fā)生過雷擊事件，占平原總桿數(shù)的7.23%，通過上述的分析和計(jì)算可以得出，位于山頂?shù)臈U塔更容易出現(xiàn)雷擊的問題。

三、不同地形條件下的雷電繞擊跳閘率研究

地形對(duì)輸電線路雷電繞擊事故造成的影響，大概可以以下幾種情形：輸電線路跨越山谷、輸電線路跨越水塘、輸電線路位于山脊頂部以及輸電線路途徑山坡外側(cè)，下面就對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行具體地分析：

1.輸電線路跨越山谷

雷電繞擊問題，在輸電線路跨越山谷的時(shí)候發(fā)生的概率比較大，重要是由于地面和導(dǎo)線之間的高差比較大，這種情況下線路的暴露面就會(huì)比較多，地面以及避雷線無法對(duì)輸電線路實(shí)施有效的保護(hù)，從而雷電繞擊事故出現(xiàn)的就會(huì)比較頻繁。根據(jù)相關(guān)的理論研究顯示，當(dāng)輸電線路跨越山谷的時(shí)候，雷電先導(dǎo)和谷底地面之間的作用力機(jī)會(huì)減小，這種情況下，雷電先導(dǎo)會(huì)產(chǎn)生一定的入射角，這種情況下的輸電線路更容易造成雷電繞擊。另外，位于山谷風(fēng)道上的輸電線路，因?yàn)榧撅L(fēng)氣候的影響，經(jīng)常會(huì)有固定的雷云從谷口穿越，這種情況下，一旦有風(fēng)作為助力，將其推向山谷，必定會(huì)將山谷變成雷區(qū)，這種情況下，輸電線路受到雷擊的概率就會(huì)大大增加。

2.山坡外側(cè)輸電線路

當(dāng)輸電線路經(jīng)過山坡外側(cè)的時(shí)候，大地以及地線作為導(dǎo)線，能夠起到有效的屏蔽作用，屏蔽作用的大小直接影響著雷電繞擊事件發(fā)生的概率。當(dāng)輸電線路經(jīng)過山坡外側(cè)的時(shí)候，山坡的外側(cè)得不到屏蔽，這種情況下，對(duì)于外側(cè)線路的保護(hù)就會(huì)急劇減小，同時(shí)繞擊率就會(huì)變大，最終造成繞擊概率的增大。另外，桿塔之間的檔距也是造成輸電線路繞擊范圍增加的一個(gè)最主要的原因，一旦之間的間距達(dá)到一定的程度，就會(huì)增加雷電繞擊事件的概率。

3.山脊頂部輸電線路

山脊頂部輸電線路以及桿塔處于最高的位置，同時(shí)本身也是最高的物體，這種情況下，就極容易吸引雷電，更嚴(yán)重的雷云還有可能與其平齊，甚至在其底部；另外，當(dāng)輸電線路途徑山脊頂部的時(shí)候，兩邊都是下坡，這種情況下，輸電線路暴露的面積顯著增大，山體的屏蔽作用得不到有效的發(fā)揮，因此就會(huì)使外側(cè)對(duì)于輸電線路的保護(hù)性能減小，與此同時(shí)雷電繞擊區(qū)就會(huì)明顯變大，從容導(dǎo)致繞擊概率的增加，最終導(dǎo)致輸電線路受到繞擊的概率增加，這些都是當(dāng)輸電線路經(jīng)過山脊頂部，雷電繞擊率提高的根本原因。

4.輸電線路跨越水塘

當(dāng)在輸電線路設(shè)計(jì)的時(shí)候，其中如果有部分輸電線路段需要經(jīng)過農(nóng)田水塘，那么勢必會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)受到雷電繞擊次數(shù)的增加，這主要是由于農(nóng)田水塘周邊的土壤本身久比較潮濕，同時(shí)電荷相對(duì)也比較充分，這種情況下，即使雷電的電荷比較小，也有可能引起雷擊事件，這主要是由于在午后，如果農(nóng)田水塘的的穩(wěn)定比較高，就容易產(chǎn)生熱爆地形雷，這種雷云的面積通常情況下都不會(huì)太大，同時(shí)出現(xiàn)的實(shí)踐相對(duì)也比較短。但是如果輸電線路中存在架空的部分，那么，隨著桿塔高度的不斷上升，地面對(duì)于雷電的屏蔽作用就會(huì)逐漸減小，相應(yīng)的繞擊范圍則會(huì)增加，同時(shí)由于繞擊導(dǎo)致的跳閘概率也會(huì)變大。因?yàn)楫?dāng)導(dǎo)線不斷的升高以后，暴露在外面的面積就會(huì)逐漸變大，一旦出現(xiàn)雷電現(xiàn)象，就極有可能導(dǎo)致雷擊事故的發(fā)生。如果出現(xiàn)這種問題，一般情況下具體位置都在桿塔前后一個(gè)檔距的范圍內(nèi)，在發(fā)生雷電繞擊事件的時(shí)候，可以沿著檔距將相應(yīng)的繞擊區(qū)域分成3個(gè)部分：第一個(gè)屬于安全區(qū)，位于桿塔附近，這一地區(qū)之所以安全，主要是由于受到桿塔的保護(hù)。第二部分是危險(xiǎn)區(qū)，這一部分僅次于安全區(qū)域，繞擊率相對(duì)較高。第三部分為正常區(qū)，這一部分由于距離桿塔比較遠(yuǎn)，所以具體的繞擊概率不會(huì)因?yàn)闂U塔受到影響。

結(jié)論

綜上所述可以看出，如果輸電線路經(jīng)過山坡外側(cè)、跨越山谷以及山脊頂部，就會(huì)因?yàn)楦叨葐栴}，減弱山體的屏蔽能力，這樣就會(huì)導(dǎo)致雷電繞擊事件的增加；如果輸電線路跨越山谷，山崖吸引雷電，導(dǎo)致雷電繞擊概率就會(huì)增加；另外，位于山頂?shù)臈U塔容易受到雷擊現(xiàn)象；最后，經(jīng)過農(nóng)田水塘的輸電線路中雷電繞擊概率之所以高，主要是因?yàn)闊岜匦卫椎男纬珊陀绊憽Ｒ雀行У乇苊膺@些問題的出現(xiàn)，必須在設(shè)計(jì)輸電線路的時(shí)候，采取科學(xué)、合理的態(tài)度和方法，這樣才能盡可能地減少雷電對(duì)正常輸電線路的影響。

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